Рассчитать и спроектировать ректификационную колону с клапанными тарелками

где Н - межтарельчатое расстояние Н=0,4 м, q-линейная плотность орошения, т.е. отношение объемного расхода жидкости к периметру слива П (длине сливной планки ) q =15 м² /ч;

k₁ = 1,15 ; k₂ = 1; k₃= 0,34 ^. 10^-3 при атмосферном давлении и повышенных давлениях.

 

     Определяю мольную массу  дистиллята: 

. 

     Средняя температура пара в колонне: 

. 

     Объем расхода пара в  колонне: 

м³/ч. 

     Вычисляю  диаметр колонны: 

. 

     Из  каталога “Колонные аппараты ” выбираю ближайший диаметр колонны D=1200 мм;

; 

     Определяю П=(0,7-0,75) ^. D,м П = 0,84 м; 

; 

     Определяю среднюю мольную массу жидкости в верхней части колонны: 

;

 

      Объемный  расход в верхней  части колонны: 

; 

     Линейная  плотность орошения в верхней части  колонны: 

; 

Определение числа тарелок  и высоты колонны

     Строю рабочую диаграмму  процесса ректификации y-x, т.е. черчу равновесную и рабочие линии процесса. Вписываю прямоугольные треугольники между равновесной и рабочими  линиями, получаю число теоретических тарелок в верхней и нижней частях колонны (Приложение 4);

      ;

     Найду по справочникам коэффициент  относительной летучести  компонентов:

;

=901,2 мм. рт.ст;    [4,с357] 

=98,6 мм. рт.ст;    [4,с472]. 

     И коэффициент динамической вязкости жидкости смеси при средней температуре колонны: 

; 

; ;[2, с,556]; 

;  

     Определяю произведение:

; 

     Найду по рис.7.4 [2, с. 323] средний  КПД тарелок;

 

     Длина пути жидкости на тарелке: 

l=D-2^. b=1,2-2 ^. 0,17=0,85 м; 

     По  рис.7.5 [2, с.324] находим  поправку на длину  пути = 0 м. 

      Определяю средний КПД тарелок  

 
 

      Вычисляю  число действительных тарелок в верхней  и нижней части  колонны:

     

;     ; 

     Общее число тарелок  в колонне:

; 

     С запасом 15-20% :  

; 

     Высота  тарелочной части  колонны:  

; 

Гидравлический  расчет колонны 

     Гидравлическое  сопротивление тарелки  равно сумме потерь напора на сухой тарелке  и в слое жидкости: 

 

      а) верхняя часть  колонны:

 

     Потеря  напора на неорошаемой  тарелке 

   ;

  -коэффициент сопротивления;

  -скорость пара в отверстии; 

  ;

   где f = 0,129-доля свободного сечения тарелки;

  -средняя плотность пара в верхней части колонны ;

 

     Потеря  напора в слое жидкости

      

  ; 

  -высота сливной планки;

  -подпор жидкости над сливной планкой;

  -средняя плотность жидкости;

 

   ;

 

  -объемный расход жидкости в верхней части колонны;

 

   Определяю сопротивление  орошаемой тарелки:

 

  . 
 

 

      б) нижняя часть колонны: 

    Сопротивление сухой тарелки:

  ;

     Средняя мольная масса  жидкости в нижней части колонны: 

; 

     Средняя мольная масса  питания: 

; 

     Объемный  расход жидкости: 

;

;

     Сопротивление слоя жидкости на тарелки: 

; 

   Сопротивление   орошаемой тарелки: 

; 

     Суммарное сопротивление всех тарелок: 

. 

Проверка  работоспособности  тарелок 

     Она проводится по величине межтарельчатого  уноса жидкости или  по пропускной способности  переливного устройства.

     Тарелка работает устойчиво  при

а)

;

                                  б)   ; 

-высота слоя  вспененной жидкости в переливном кармане, м;

-вылет ниспадающей  струи, м;

-максимальная  ширина переливного  кармана 

;

; 

-высота слоя  невспененной жидкости в сливном устройстве;

- слабо- и  средневспененной  жидкости; 

     Сопротивление  движению жидкости в  перетоке: 

; 

-скорость  жидкости в минимальном  сечении переливного  кармана;

;

-для  средне- и слабопенящихся  жидкостей;

;

 -скорость  всплывания пузырей  грибообразной формы; 

; 

-средний  коэффициент поверхностного натяжения жидкости при средней температуре в колоне.

;

- для ацетона  при t_СР= 66 ⁰С;   [2, с.526]

- для этанола   при t_СР=66 ⁰С;   [2, с.526] 

м. 

      Условие а  - выполняется, 0,403 <0.4 + 0.05 =0,405 м;

     Условие б у<в  0,17 м., также  выполняется. 

      Определение диаметров штуцеров

 

     Рабочая скорость пара в отверстии  тарелки не должна быть меньше минимальной  скорости пара в отверстии тарелки, обеспечивающей беспровальную работу клапанной тарелки:

.

    Диаметры  штуцеров определяю  из объемного расхода  и максимально-допустимой скорости в штуцерах потока жидкости (газа).

      Скорость выбираю из ориентированного интервала (4, с.17).

      Поток жидкости при давлении самотеком:

м/с;

Принимаю 0,5 м/с;

(для  флегмы, жидкости, выходящей  из куба и кубового  остатка).

      Поток жидкости в нагнетательных трубопроводах: ;

Принимаю 1,5 м/с (для исходной смеси);

      Газы  при атмосферном  или близком к  нему давлении в трубопроводах:  м/с;

Принимаем 40 м/с ;

(для  выходящих из колонны  паров и парожидкостной смеси). 

      1.Диаметр  штуцера вывода паров из колонны:

;

Выбираю диаметр штуцера  по ближайшим стандартным  диаметрам . По

таблице 10.2. [6, с. 175] d=250 мм. 

      2.Диаметр  штуцера ввода  в колонну исходной  смеси: 

;

 м/с скорость жидкости в штуцере при нагнетании. 
 

;

      Выбираю диаметр штуцера  по стандартным ближайшим  диаметрам. По таблице 10.2. [6, с. 175] d=80мм; 

      3.Диаметр  штуцера выхода  кубового остатка: 

;

Выбираю диаметр штуцера  по стандартным ближайшим  диаметрам.

По  таблице 10.2. [6, с. 175] d=80мм. 

    4.Диаметр  штуцера подачи  флегмы:

Массовый  расход флегмы: 

; 

Объемный  расход флегмы

;

 

Выбираю диаметр штуцера  по стандартным ближайшим  диаметрам.

По  таблице 10.2. [6, с. 175] d=100 мм. 

    5.Диаметр  штуцера вывода  жидкости из куба: 

Объемный  расход жидкости в  кубе:

;

;

Выбираю диаметр штуцера  по стандартным ближайшим диаметрам.

По  таблице 10.2. [6, с. 175] d=150мм.